Ризький Державний технікум

Реферат по мережах на тему:

Концентратори

Виконав: учень групи D4-2m

Пузанов Ілля

РИГА

2002

Основні і додаткові функції концентраторів

Практично у всіх сучасних технологіях локальних мереж визначенопристрій, що має кілька рівноправних назв - концентратор
(concentrator), хаб (hub), повторювач (repeator). В залежності від областізастосування цього пристрою в значній мірі змінюється склад йогофункцій і конструктивне виконання. Незмінною залишається тільки основнафункція - це повторення кадру або на всіх портах (як визначено встандарті Ethernet, або тільки на деяких портах, відповідно доалгоритмом, визначеним відповідним стандартом.
Концентратор зазвичай має декілька портів, до яких за допомогою окремихфізичних сегментів кабелю підключаються кінцеві вузли мережі - комп'ютери.
Концентратор об'єднує окремі фізичні сегменти мережі в єдинуподілювану середу, доступ до якої здійснюється відповідно до одногоз розглянутих протоколів локальних мереж - Ethernet, Token Ring і т. п.
Тому що логіка доступу до поділюваного середовищі істотно залежить відтехнології, то для кожного типу технології випускаються свої концентратори -
Ethernet; Token Ring; РВП1 і 100VG-AnyLAN. Для конкретного протоколу інодівикористовується своє, вузькоспеціалізоване назва цього пристрою, більшточно відображає його функції або ж використовується в силу традицій,наприклад, для концентраторів Token Ring характерно назва MSAU.
Кожен концентратор виконує деяку основну функцію, визначену увідповідному протоколі тієї технології, яку він підтримує. Хоча,ця функція досить детально визначена в стандарті технології, при їїреалізації концентратори різних виробників можуть відрізнятися такимидеталями, як кількість портів, підтримка декількох типів кабелів і т. п.
Крім основної функції концентратор може виконувати деяку кількістьдодаткових функцій, які або в стандарті взагалі не визначені, абоє факультативними. Приміром, концентратор Token Ring може виконуватифункцію відключення некоректно працюючих портів і переходу на резервнекільце, хоча в стандарті такі його можливості не описані. Концентраторвиявився зручним пристроєм для виконання додаткових функцій,полегшують контроль і експлуатацію мережі.
Розглянемо особливості реалізації основної функції концентратора наприкладі концентраторів Ethernet.
У технології Ethernet пристрої, що поєднують кілька фізичнихсегментів коаксіального кабелю в єдину поділювану середу, використовувалисядавно і отримали назву «повторювачів» за своєї основної функції --повторення на всіх своїх портах сигналів, отриманих на вході одного зпортів. У мережах на основі коаксіального кабелю звичайними булидвупортовий повторювачі, що з'єднують тільки два сегмента кабелю, томутермін концентратор до них зазвичай не застосовувався.
З появою специфікації 10Base-T для витої пари повторювач ставневід'ємною частиною мережі Ethernet, тому що без нього зв'язок можна булоорганізувати тільки між двома вузлами мережі. Багатопортовий повторювачі
Ethernet на кручений парі стали називати концентраторами або хабами, тому що водному пристрої дійсно концентрувалися зв'язки між великимкількістю вузлів мережі. Концентратор Ethernet зазвичай має від 8 до 72портів, причому основна частина портів призначена для підключення кабелівна кручений парі. На рис. 4.5 показаний типовий концентратор Ethernet,розрахований на утворення невеликих сегментів розділяється середовища. Він має
16 портів стандарту 10Base-T з роз'ємами RJ-45, а також один порт AUI дляпідключення зовнішнього трансівера. Зазвичай до цього порту підключаєтьсятрансивер, що працює на коаксіал або оптоволокно. За допомогою цьоготрансівера концентратор підключається до магістрального кабелю, що з'єднуєкілька концентраторів між собою, або таким чином забезпечуєтьсяпідключення станції, віддаленій від концентратора більш ніж на 100 м.

Рис. 4.5. Концентратор Ethernet.

Для з'єднання концентраторів технології 10Base-T між собою вієрархічну систему коаксіальний або оптичне волокно не обов'язковий,можна застосовувати ті ж порти, що і для підключення кінцевих станцій, зурахуванням однієї обставини. Справа в тому, що звичайний порт RJ-45,призначений для підключення мережевого адаптера і званий MDI-X
(кроссірованний MDI), має інвертовану розведення контактів роз'єму,щоб мережевий адаптер можна було підключити до концентратора за допомогоюстандартного з'єднувального кабелю, не кроссірующего контакти (рис. 4.6).
У випадку з'єднання концентраторів через стандартний порт MDI-X доводитьсявикористовувати нестандартний кабель з перехресним з'єднанням пар. Томудеякі виробники постачають концентратор виділеним портом MDI, вякому немає кроссірованія пар. Таким чином, два концентратора можназ'єднати звичайним некроссірованним кабелем, якщо це робити через порт MDI-
X одного концентратора і порт MDI друга. Найчастіше один порт концентратораможе працювати і як порт MDI-X, і як порт MDI, залежно від положеннякнопкового перемикача, як це показано у нижній частині мал. 4.6.
Багатопортовий повторювач-концентратор Ethernet може по-різномурозглядатися при використанні правила 4-х хабів. У більшості моделейвсі порти пов'язані з єдиним блоком повторення, і при проходженнісигналу між двома портами повторювача блок повторення вносить затримкувсього один раз. Тому такий концентратор потрібно вважати одним повторювачемз обмеженнями, що накладаються правилом 4-х хабів. Але існують і іншімоделі повторювачів, в яких на кілька портів є свій блокповторення. У такому випадку кожен блок повторення потрібно вважати окремимповторювачем і враховувати його окремо в правилі 4-х хабів.

Рис. 4.6. З'єднання типу «станція-концентратор» і
«Концентратор-концентратор» на кручений парі
Деякі відмінності можуть демонструвати моделі концентраторів, що працюютьна одномодовий волоконно-оптичний кабель. Дальність сегмента кабелю,підтримуваного концентратором FDDI, на такому кабелі може значновідрізнятися в залежності від потужності лазерного випромінювача - від 10 до 40 км.
Однак якщо існуючі відмінності при виконанні основної функціїконцентраторів не настільки великі, то їх набагато перевершує розкид уможливості реалізації концентраторами додаткових функцій.

Відключення портів

Дуже корисною при експлуатації мережі є здатність концентраторавідключати некоректно працюючі порти, ізолюючи тим самим рештумережі від виниклих у вузлі проблем. Цю функцію називають автосигментацією
(autopartitioning). Для концентратора FDDI ця функція для багатьох помилковихситуацій є основною, тому що визначена в протоколі. У той же часдля концентратора Ethernet або Token Ring функція автосигментацією длябагатьох ситуацій є додатковою, тому що стандарт не описуєреакцію концентратора на цю ситуацію. Основною причиною відключення порту встандартах Ethernet і Fast Ethernet є відсутність відповіді напослідовність імпульсів link test, що посилаються в усі порти кожні 16мс. У цьому випадку несправний порт переводиться в стан «відключено», алеімпульси link test будуть продовжувати посилатися у порт з тим, щоб привідновленні пристрої робота з ним була продовжена автоматично.
Розглянемо ситуації, в яких концентратори Ethernet і Fast Ethernetвиконують відключення порту.
• Помилки на рівні кадру. Якщо інтенсивність проходження через порткадрів, що мають помилки, перевищує заданий поріг, то порт відключається, апотім, при відсутності помилок протягом заданого часу, включається знову.
Такими помилками можуть бути: невірна контрольна сум, невірна довжина кадру
(більше 1518 байт або менше 64 байт), неоформлений заголовок кадру.
• Множинні колізії. Якщо концентратор фіксує, що джереломколізії був один і той же порт 60 раз поспіль, то порт відключається.
Через деякий час порт знову буде включений.
• Тривала передача (jabber). Як і мережевий адаптер, концентраторконтролює час проходження одного кадру через порт. Якщо цей часперевищує час передачі кадру максимальної довжини в 3 рази, то портвимикається.

Підтримка резервних зв'язків

Так як використання резервних зв'язків у концентраторах визначено тільки встандарті FDDI, то для решти стандартів розробники концентраторівпідтримують таку функцію за допомогою своїх приватних рішень. Наприклад,концентратори Ethernet/Fast Ethernet можуть утворювати тількиієрархічні зв'язку без петель. Тому резервні зв'язку завжди повинніз'єднувати відключені порти, щоб не порушувати логіку роботи мережі. Зазвичайпри конфігурування концентратора адміністратор повинен визначити, якіпорти є основними, а які по відношенню до них - резервними (мал.
4.7). Якщо з якої-небудь причини порт відключається (спрацьовує механізмавтосигментацією), концентратор робить активним його резервний порт.

Рис. 4.7. Резервні зв'язку між концентраторами Ethernet

У деяких моделях концентраторів дозволяється використовувати механізмпризначення резервних портів тільки для оптоволоконних портів, вважаючи, щопотрібно резервувати лише найбільш важливі зв'язки, які зазвичайвиконуються на оптичному кабелі. В інших же моделях резервним можназробити будь-який порт.

Захист від несанкціонованого доступу

Колективна середу надає дуже зручну можливість длянесанкціонованого прослуховування мережі та отримання доступу до переданимданими. Для цього досить підключити комп'ютер з програмниманалізатором протоколів до вільного роз'єму концентратора, записати надиск весь проходить по мережі трафік, а потім виділити з нього потрібнуінформацію.
Розробники концентраторів надають певний спосіб захисту данихв поділюваних середовищах.
Найбільш простий спосіб - призначення дозволених МАС-адрес портівконцентратора. У стандартному концентраторі Ethernet порти МАС-адрес немають. Захист полягає в тому, що адміністратор вручну пов'язує зкожним портом концентратора деякий МАС-адресу. Цей МАС-адреса єадресою станції, якою дозволяється підключатися до даного порту.
Наприклад, на мал. 4.8 перша порту концентратора призначений МАС-адресу 123
(умовна запис). Комп'ютер з МАС-адресою 123 нормально працює з мережеючерез даний порт. Якщо зловмисник від'єднує цей комп'ютер іприєднує замість нього свій, концентратор помітить, що при старті новогокомп'ютера в мережу почали надходити кадри з адресою джерела 789. Так якця адреса є неприпустимим для першого порту, то ці кадрифільтруються, порт відключається, а факт порушення прав доступу може бутизафіксований.
Зауважимо, що для реалізації описаного методу захисту даних концентраторпотрібно попередньо настроїти. Для цього концентратор повинен матиблок керування. Такі концентратори зазвичай називають інтелектуальними.
Блок керування представляє собою компактний обчислювальний блок звбудованим програмним забезпеченням. Для взаємодії адміністратора зблоком управління концентратор має консольний порт (найчастіше к.5-232),до якого підключається термінал або персональний комп'ютер з програмоюемуляції терміналу. При приєднанні термінала блок керування організовуєна його екрані діалог, за допомогою якого адміністратор вводить значення МАС -адрес. Блок управління може підтримувати та інші операціїконфігурування, наприклад ручне відключення або включення портів і т. д.
Для цього при підключенні термінала блок керування видає на екрандеякий меню, за допомогою якого адміністратор вибирає потрібну дію.

Рис. 4.8. Ізоляція портів: передача кадрів тільки від станцій з
Іншим способом захисту даних від несанкціонованого доступу є їхшифрація. Проте процес справжньої шифрації вимагає великої обчислювальноїпотужності, і для повторювача, не буферизує кадр, виконати шифрацію «нальоту »досить складно. Замість цього в концентраторах застосовується методвипадкового викривлення поля даних у пакетах, які передаються портам з адресою,відмінним від адреси призначення пакета. Цей метод зберігає логікувипадкового доступу до середовища, тому що всі станції бачать зайнятість середовищакадром інформації, але тільки станція, якій посланий цей кадр, можезрозуміти зміст поля даних кадру (мал. 4.9). Для реалізації цього методуконцентратор також потрібно забезпечити інформацією про те, які МАС-адреси маютьстанції, підключені до його портів. Звичайно поле даних у кадрах,направляються станціям, відмінним від адресата, заповнюється нулями.

Рис. 4.9. Спотворення поля даних у кадрах, не призначених для прийомустанціями

багатосегментний концентратори

При розгляді деяких моделей концентраторів виникає питання - навіщов цій моделі є така велика кількість портів, наприклад 192 або
240? Чи має сенс розділяти середу в 10 або 16 Мбіт/с між таким великимкількістю станцій? Можливо, десять - п'ятнадцять років тому відповідь удеяких випадках міг би бути і позитивним, наприклад, для тих мереж, вяких комп'ютери користувалися мережею тільки для відправки невеликихпоштових повідомлень або для переписування невеликого текстового файлу.
Сьогодні таких мереж залишилося вкрай мало, і навіть 5 комп'ютерів можутьповністю завантажити сегмент Ethernet або Token Ring, а в деяких випадках
- І сегмент Fast Ethernet. Для чого ж тоді потрібен концентратор з великимкількістю портів, якщо ними практично не можна скористатися з-заобмежень щодо пропускної здатності, що припадає на одну станцію? Відповідьполягає в тому, що в таких концентраторах є кілька непов'язанихвнутрішніх шин, які призначені для створення декількох поділюванихсередовищ. Наприклад, концентратор, зображений на рис. 4.10, має тривнутрішні шини Ethernet. Якщо, наприклад, у такому концентраторі 72 порту,то кожен з цих портів може бути пов'язаний з будь-якою з трьох внутрішніх шин.
На малюнку перших два комп'ютери пов'язані із шиною Ethernet 3, а третій ічетвертий комп'ютери - з шиною Ethernet 1. Перші два комп'ютери утворюютьодин розділяється сегмент, а третій і четвертий - інший розділяєтьсясегмент.

Рис. 4.10. Багатосегментний концентратор

Між собою комп'ютери, підключені до різних сегментах, спілкуватися черезконцентратор не можуть, тому що шини усередині концентратора ніяк не пов'язані.
багатосегментний концентратори потрібні для створення поділюваних сегментів,склад яких може легко змінюватися. Більшість багатосегментнаконцентраторів, наприклад System 5000 компанії Nortel Networks або
PortSwitch Hub компанії 3Com, дозволяють виконувати операцію з'єднання портуз однією з внутрішніх шин чисто програмним способом, наприклад за допомогоюлокального конфігурування через консольний порт. У результатіадміністратор мережі може приєднувати комп'ютери користувачів до будь-якихпортів концентратора, а потім за допомогою програми конфігуруванняконцентратора керувати складом кожного сегмента. Якщо завтра сегмент 1стане перевантаженим, то його комп'ютери можна розподілити міжщо залишилися сегментами концентратора.
Можливість багатосегментний концентратора програмно змінювати зв'язкупортів з внутрішніми шинами називається конфігураційної комутацією
(configuration switching)

УВАГА Конфігураційна комутація не має нічого спільного зкомутацією кадрів, яку виконують мости й комутатори.

багатосегментний концентратори - це програмувальна основа великих мереж.
Для з'єднання сегментів між собою потрібні пристрої іншого типу --мости/комутатори або маршрутизатори. Таке міжмережеві пристрій повиненпідключатися до кількох портів багатосегментний концентратора,приєднаним до різних внутрішнім шин, і виконувати передачу кадрів абопакетів між сегментами точно так само, як якщо б вони були утвореніокремими пристроями-концентраторами.
Для великих мереж багатосегментний концентратор грає рольінтелектуального кросового шафи, яка виконує нове з'єднання неза рахунок механічного переміщення вилки кабелю до нового порту, а за рахунокпрограмної зміни внутрішньої конфігурації пристрою.

Управління концентратором по протоколу SNMP

Як видно з опису додаткових функцій, багато з них вимагаютьконфігурування концентратора. Це конфігурація може проводитисялокально, через інтерфейс RS-232C, який є у будь-якого концентратора,маєблок керування .. Крім конфігурування у великій мережі дужекорисна функція спостереження за станом концентратора: працездатний чивін, в якому стані знаходяться його порти.

При великій кількості концентраторів та інших комунікаційних пристроїв умережі постійне спостереження за станом численних портів і зміноюїх параметрів стає дуже обтяжливим заняттям, якщо воно маєвиконуватися за допомогою локального підключення терміналу. Тому більшістьконцентраторів, що підтримують інтелектуальні додаткові функції,можуть управлятися централізовано по мережі за допомогою популярного протоколууправління SNMP (Simple Network Management Protocol) з стека TCP/IP.

Рис. 4.11. Структура системи управління на основі протоколу SNMP
До блоку управління концентратором вбудовується так званий ЗКМР-агент.
Цей агент збирає інформацію про стан контрольованого пристрою ізберігає її в так званій базі даних керуючої інформації - Management
Information Base, MIB. Ця база даних має стандартну структуру, щодозволяє одному з комп'ютерів мережі, що виконує роль центральної станціїуправління, запитувати у агента значення стандартних змінних бази MIB.
У базі MIB зберігаються не тільки дані про стан пристрою, а йкеруюча інформація, що впливає на цей пристрій. Наприклад, у MIBє мінлива, що управляє станом порту, що має значення «включити»і «вимкнути». Якщо станція управління змінює значення керуючоїзмінної, то агент повинен виконати цю вказівку і впливати напристрій відповідним чином, наприклад вимкнути порт або змінитизв'язок порту з внутрішніми шинами концентратора.
Взаємодія між станцією управління (по-іншому - менеджером системиуправління) і вбудованими в комунікаційні пристрої агентами відбуваєтьсяпо протоколу SNMP. Концентратор, що управляється по протоколу SNMP,повинен підтримувати основні протоколи стека TCP/IP і мати IP-й Мас -адреси. Точніше, ці адреси належать до агента концентратора. Томуадміністратор, який хоче скористатися перевагамицентралізованого управління концентраторами по мережі, повинен знати стекпротоколів ТСР/IР і настроїти ІР-адреси їхніх агентів.

Конструктивне виконання концентраторів

На конструктивну будову концентраторів великий вплив робить їхобласть застосування. Концентратори робочих груп найчастіше випускаються якпристрої з фіксованою кількістю портів, корпоративні концентратори
- Як модульні пристрої на основі шасі, а концентратори відділів можутьмати стекові конструкцію. Такий розподіл не є жорстким, і в якостікорпоративного концентратора може використовуватися, наприклад, модульнийконцентратор.
Концентратор з фіксованою кількістю портів - це найбільш простеконструктивне виконання, коли пристрій являє собою окремийкорпус з усіма необхідними елементами (портами, органами індикації йуправління, блоком живлення), і ці елементи не можна заміняти. Зазвичай всіпорти такого концентратора підтримують одне середовище передачі, загальнакількість портів змінюється від 4-8 до 24. Один порт може бути спеціальновиділений для підключення концентратора до магістралі мережі або ж дляоб'єднання концентраторів (в якості такого порту часто використовується портз інтерфейсом AUI, в цьому випадку застосування відповідного трансіверадозволяє підключити концентратор до практично будь-якої фізичної середовищіпередачі даних).
Модульний концентратор виконується у вигляді окремих модулів зфіксованою кількістю портів, що встановлюються на загальне шасі. Шасімає внутрішню шину для об'єднання окремих модулів в єдинийповторювач. Часто такі концентратори є багатосегментний, тоді вмежах одного модульного концентратора працює кілька непов'язанихміж собою повторювачів. Для модульного концентратора можуть існуватирізні типи модулів, що відрізняються кількістю портів і типомпідтримуваної фізичного середовища. Часто агент протоколу SNMP виконується ввигляді окремого модуля, при встановленні якого концентратор перетворюється наінтелектуальний пристрій. Модульні концентратори дозволяють більш точнопідібрати необхідну для конкретного застосування конфігураціюконцентратора, а також гнучко і з мінімальними витратами реагувати назміни конфігурації мережі.
Зважаючи відповідальної роботи, яку виконують корпоративні модульніконцентратори, вони забезпечуються модулем управління, системоютерморегулювання, надлишковими джерелами живлення і можливістю замінимодулів «на ходу».
Недоліком концентратора на основі шасі є висока початковавартість такого пристрою для випадку, коли підприємству на першому етапістворення мережі потрібно встановити всього 1-2 модуля. Висока вартість шасівикликана тим, що воно поставляється разом з усіма загальними пристроями,такими як надлишкові джерела живлення і т. п. Тому для мереж середніхрозмірів більшу популярність завоювали стекові концентратори.
стекові концентратор, як і концентратор з фіксованим числом портів,виконаний у вигляді окремого корпусу без можливості заміни окремих йогомодулів. Типовий вигляд декількох стекові концентраторів Ethernet показанийна рис. 4.12. Однак стекові ці концентратори називаються не тому, щовони встановлюються один на іншій. Така чисто конструктивна деталь наврядЧи удостоїлася б особливої уваги, тому що установка декількох пристроїводнакових габаритних розмірів у загальну стійку практикується дуже давно.
Стекові концентратори мають спеціальні порти і кабелі для об'єднаннядекількох таких корпусів в єдиний повторювач (рис. 4.13), який маєспільний блок повторення, забезпечує загальну ресінхронізацію сигналів для всіхсвоїх портів і тому з точки зору правила 4-х хабів вважається однимповторювачем. Якщо стекові концентратори маютьдекілька внутрішніх шин, то при з'єднанні в стек ці шини об'єднуються істають спільними для всіх пристроїв стека. Число об'єднуються в стеккорпусів може бути достатньо великим (звичайно до 8, але буває і більше).
Стекові концентратори можуть підтримувати різні фізичні середовищапередачі, що робить їх майже такими ж гнучкими, як і модульніконцентратори, але при цьому вартість цих пристроїв у розрахунку на один портвиходить звичайно нижче, тому що спочатку підприємство може купити однепристрій без надмірного шасі, а потім наростити стек ще декількомааналогічними пристроями.

Рис. 4.13. Об'єднання стекові концентраторів в єдиний пристрій здопомогою спеціальних роз'ємів на задній панелі
стекові концентратори, що випускаються одним виробником, виконуються вєдиному конструктивному стандарті, що дозволяє легко встановлювати їх одинна одного, утворюючи єдине настільний пристрій, або поміщати їх у загальнустійку. Економія при організації стека відбувається ще й за рахунок єдиного длявсіх пристроїв стека модуля SNMP-керування (який вставляється в один зкорпусів стека як додатковий модуль), а також загального надлишковогоджерела живлення.
Модульно-стекові концентратори являють собою модульніконцентратори, об'єднані спеціальними зв'язками в стек. Як правило,корпусу таких концентраторів розраховані на невелику кількість модулів (1 -
3). Ці концентратори поєднують достоїнства концентраторів обох типів.

Висновки

. Від продуктивності мережних адаптерів залежить продуктивність будь-якої складної мережі, тому що дані завжди проходять не тільки через комутатори і маршрутизатори мережі, але і через адаптери комп'ютерів, а продуктивність результуюча послідовно з'єднаних пристроїв визначається продуктивністю самого повільного пристрою.
. Мережеві адаптери характеризуються типом підтримуваного протоколу, продуктивністю, шиною комп'ютера, до якої вони можуть приєднуватися, типом приймача, а також наявністю власного процесора, розвантажує центральний процесор комп'ютера від рутинної роботи.
. Мережеві адаптери для серверів зазвичай мають власний процесор, а клієнтські мережеві адаптери - ні.
. Сучасні адаптери вміють адаптуватися до тимчасових параметрами шини і оперативної пам'яті комп'ютера для підвищення продуктивності обміну
«мережа-комп'ютер».
. Концентратори, крім основної функції протоколу (побітне повторення кадру на всіх чи наступному порту), завжди виконують ряд корисних додаткових функцій, визначених виробником концентратора.
. Автосигментацією - один з найважливіших додаткових функцій, за допомогою якої концентратор відключає порт при виявленні різноманітних проблем з кабелем і кінцевим вузлом, підключеним до даного порту.
. У число додаткових функцій входять функції захисту мережі від несанкціонованого доступу, що забороняють підключення до концентратора комп'ютерів з невідомими MAC-адресами, а також заповнюють нулями поля даних кадрів, що надходять не до станції призначення.
. Стекові концентратори поєднують переваги модульних концентраторів і концентраторів з фіксованою кількістю портів.
. Багатосегментна концентратори дозволяють ділити мережу на сегменти програмним способом, без фізичної перекомутації пристроїв.
. Складні концентратори, що виконують додаткові функції, звичайно можуть управлятися централізовано по мережі по протоколу SNMP.